【公開日：2023.07.31】【最終更新日：2023.04.19】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22MS1047

利用課題名 / Title

キラル磁性体の磁気物性

利用した実施機関 / Support Institute

自然科学研究機構 分子科学研究所 / IMS

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マテリアルの高度循環のための技術/Advanced materials recycling technologies（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed

キーワード / Keywords

キラル磁性、スピン位相整列、スピントロニクス、トロイダルオーダー

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

井上　 克也

所属名 / Affiliation

広島大学大学院先進理工系科学研究科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

MS-214：電子スピン共鳴（E680）
MS-218：SQUID（MPMS-7）
MS-219：SQUID（MPMS-XL7）

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

当研究室で作成した光学純度100％のカゴメ格子キラル磁性体および新規絶縁体高次元キラル磁性体の磁気構造解明のため、SQUIDおよびESR測定を行った。SQUID測定では、異常な磁気オーダーがみられ、その原因を探るためさらなる測定を進める予定である。ESR測定では、トロイダルモーメントによると思われる、非常に高磁場領域に吸収がみられた。今後再現性を含め、角度依存測定を行う予定である。

実験 / Experimental

8種類の新規絶縁体キラル磁性体のSQUID測定では２K-300Kの温度範囲、-7T - +7Tの磁場範囲で測定を行った。サンプルは粉末状態、および良好な単結晶が得られた場合は、単結晶磁気測定を各軸に対して行った。ESR測定では、粉末試料および単結晶試料に対して、２K-300Kの温度範囲、0T - +1.4Tの磁場範囲で測定を行った。

結果と考察 / Results and Discussion

8種類の新規絶縁体キラル磁性体では、５K―４０Kの範囲で長距離磁気オーダーが観測されたが、一般的な強磁性、反強磁性オーダーとは全く異なる磁化率の温度変化が共通して観測された。具体的にはオーダーの高温側では、強磁性オーダーのようにふるまうものの、低温側では反強磁性オーダーのようにふるまう。これまでの研究から、キラルヘリカル磁気オーダーの場合、このような挙動がみられることから、キラリティの影響が考えられるが、ヘリカル軸の方向等の情報がまだ得られていない。さらに磁気オーダーより低温側で異常な磁化の振る舞いが共通してみられる。この異常な磁化の温度変化は、磁区の再配列と思われるが今のところまったく不明である。現在磁化の磁場依存性の測定を進めており、今後解明する予定である。光学純度100％のカゴメ格子キラル磁性体の試料では、ＳＱＵＩＤ磁気測定により、結晶の質および光学純度を調べた。その結果、キラリティの反転による磁気異常は見られなかったことから、単一キラル結晶であることを確認し、ESR測定を行った。ESR測定では磁気転移温度直上で、1.2T – 1.4T(X-Band)付近に吸収がみられた。この磁性体に含まれるスピンは1/2のみであるため、この磁場スライドは、何らかのスピンのピニングによると考えられる。この磁性体は、カゴメ格子がキラリティによってわずかに歪んでおり、このピニングの可能性は、三角格子から発生するトロイダルモーメントによると考えられる。今後、角度依存等の測定を詳細に行うことにより、明らかにしたい。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

受賞等
1.2022年 The 19th Nano Bio Info Chemistry Symposium【Student Award】土屋直人(D3)
2.口頭発表「Magnetic Properties of Organic-Inorganic Perovskite-Like Material (C6H5C2H4NH3)2FeCl4 with Ferroelasticity」
3.Naoto Tsuchiya, Saya Aoki, Yuki Nakayama, Goulven Cosquer, Sadafumi Nishihara, Katsuya Inoue

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

1. K. Nihongi, Magnetic field and pressure phase diagrams of the triangular-lattice antiferromagnet CsCuCl3 explored via magnetic susceptibility measurements with a proximity-detector oscillator, Physical Review B, 105, (2022).
   DOI: 10.1103/PhysRevB.105.184416
   
2. M. Ohkuma, New magnetic intermediate state, “B-phase,” in the cubic chiral magnet MnSi, APL Materials, 10, (2022).
   DOI: 10.1063/5.0084342
   
3. M. Mito, Observing the orbital angular momentum of Fe and Co in chiral magnet Fe0.75Co0.25Si using soft x-ray magnetic circular dichroism, Journal of Applied Physics, 131, (2022).
   DOI: 10.1063/5.0086493
   
4. Takefumi Yoshida, Hidden Heterometallic Interaction Emerging from Resonant Inelastic X-ray Scattering in Luminescent Tb–Pt Molecules, The Journal of Physical Chemistry C, 126, 7973-7979(2022).
   DOI: 10.1021/acs.jpcc.2c01396
   
5. M. Ohkuma, Nonequilibrium chiral soliton lattice in the monoaxial chiral magnet MnNb3S6, Physical Review B, 106, (2022).
   DOI: 10.1103/PhysRevB.106.104410
   
6. Masaki Mito, Magnetic ground state dependent magnetostriction effects on the chiral magnet CrNb3S6, Physical Review B, 107, (2023).
   DOI: 10.1103/PhysRevB.107.054427
   
7. M. Ohkuma, Soliton locking phenomenon in bulk single crystal of monoaxial chiral magnet MnNb3S6, Applied Physics Letters, 122, (2023).
   DOI: 10.1063/5.0137379
   
8. Masaki Mito, Magnetic ground state dependent magnetostriction effects on the chiral magnet CrNb3S6, Physical Review B, 107, (2023).
   DOI: 10.1103/PhysRevB.107.054427
   

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. ○Naoto Tsuchiya, Tatsuya Ishinuki, Saya Aoki, Yuki Nakayama, Goulven Cosquer, Sadafumi Nishihara, Katsuya Inoue, "Modulation of Magnetic Properties in Organic−Inorganic Perovskite−Type Materials with Ferroelasticity by Metal Substitution", The 8th Asian Conference on Coordination Chemistry (ACCC8), （2022.8.7-11）, Hybrid (On-line, Taipei, Taiwan (Poster発表, 2022.8.8）
2. ○Katsuya INOUE, "Coherent spin-phase long range order in chiral magnets", International Conference on Molecular Spintronics Based on Coordination Compounds: Toward Quantum Computer and Quantum Memory Device, The 73rd Yamada Conference（2022.10.8-11）, Sakura Hall, Tohoku University (Invited, 2022.10.11）
3. ○Goulven COSQUER, "The Havriak-Negami Model to Improve Magnetic Relaxation Analysis", International Conference on Molecular Spintronics Based on Coordination Compounds: Toward Quantum Computer and Quantum Memory Device, The 73rd Yamada Conference（2022.10.8-11）, Sakura Hall, Katahira Campus, Tohoku University（Poster，2022.10.9-10）
4. ○Katsuya INOUE, "Chiral Materials", International Conference on Functional Materials Science 2022 (ICFMS 2022)（2022.11.29-30）, Holiday Inn Resort Bali Benoa, Bali, Indonesia (Plenary Talk, 2022.11.29）
5. ○Naoto Tsuchiya, Saya Aoki, Yuki Nakayama, Goulven Cosquer, Sadafumi Nishihara, Katsuya Inoue, "Magnetic Properties of Organic-Inorganic Perovskite-Like Material (C6H5C2H4NH3)2FeCl4 with Ferroelasticity" The 19th Nano Bio Info Chemistry Sympsium (NaBIC19) (2022.12.16-17) , HU Central Library, Hiroshima,Japan (Oral, 2022.12.16)【Student Award 受賞】
6. ○Yuya Matsuki, Cosquer Goulven, Sadafumi Nishihara, Katsuya Inoue, "Effect of transition metals on the magnetism of 3d-4f complexes" The 19th Nano Bio Info Chemistry Sympsium (NaBIC19) (2022.12.16-17) , HU Central Library, Hiroshima,Japan (Oral, 2022.12.17)
7. ○Masato Kuda, Yuya Wasada, Sadafumi Nishihara, Hidemi Mutsuda, Katsuya Inoue, "Quantization of Fluid Resistance by Chirality" The 19th Nano Bio Info Chemistry Sympsium (NaBIC19) (2022.12.16-17) , HU Central Library, Hiroshima,Japan (Oral, 2022.12.17)
8. ○Katsuya INOUE, "Chiral material sciences", Re‐thinking Spintronics: From Unconventional Materials to Novel Technologies, 776. WE-Heraeus-Seminar（2023.1.4-6）, Physikzentrum Bad Honnef, Germany (Invited, 2023.1.4）
9. ○Katsuya INOUE, "Chiral Spin Systems", SKCM2 Kickoff Symposium 2023 (March 20-22), Hiroshima International Conference Center（Hiroshima, Japan） (Invited, 2023.3.22）
10. ○Katsuya INOUE, "Chiral Material for Sustainable Future", International Conference on Material Science and Nanotechnology for Sustainable Applications 2023 (ICMSNSA-2023) (March 23-24), MGM University, Aurangabad, India (Invited, 2023.3.23）On-line
11. 〇松木優弥、Cosquer Goulven、西原禎文、井上克也, ”3d-4f錯体の磁性に与える遷移金属の影響” 広島大学東広島キャンパス，2022年日本化学会中国四国支部大会広島大会，2022.11.12-13（口頭発表，2022.11.13）
12. 〇玖田真人・稙田悠哉・西原禎文・陸田秀実・井上克也，”抵抗の量子化への化学的アプローチ” ” 広島大学東広島キャンパス，2022年日本化学会中国四国支部大会広島大会，2022.11.12-13（口頭発表，2022.11.13）
13. 〇杉浦圭亮、Cosquer Goulven、西原禎文、井上克也”トロイダルモーメントを持つ三角スピン構造系単分子磁石の開発” 広島大学東広島キャンパス，2022年日本化学会中国四国支部大会広島大会，2022.11.12-13（口頭発表，2022.11.13）
14. 〇井上克也， "キラリティがもたらす新しい自然理解" ，ハイブリッド（理化学研究所　仁科ホール＋zoom），中間子科学の将来討論会, 2022.11.9-11, （招待講演，2022.11.10）
15. 〇土屋 直人、石貫 達也、青木 沙耶、中山 祐輝、Goulven Cosquer、西原 禎文、井上 克也，"強弾性を示す有機-無機ペロブスカイト型化合物の磁気挙動" "Magnetic Properties of Organic-Inorganic Perovskites with Ferroelasticity" ，東京理科大学野田キャンパス，日本化学会 第103春季年会(2023)，2023.03.22-25（英語口頭発表，2023.03.25）
16. 〇井上克也，"研究科の特徴と今後の展望 プロジェクト紹介／キラル国際研究拠点", 広島大学大学院先進理工系科学研究科設立３周年記念行事，ホテルグランヴィア広島（広島市）（招待講演，2022.9.14）

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件